光伏发电接入对配电网电压质量的影响

任志金 陈陶然

江苏林洋新能源科技有限公司 江苏 南京 210019

在强调环保的今天，全世界对于能源的基本需求发生了改变，其不仅希望能源资源可以满足基本的社会运转需求，同时也强调能源资源的可再生性与环保性。作为可再生能源中的翘楚，光伏发电技术近年来发展迅速。光伏发电作为可再生能源，具有污染少、发电灵活等长处，因此愈来愈多被运用于电网运行。但是其不稳定的特性又很可能会影响到配电网电网质量，所以还是要继续对其进行深入研究在大面积投入使用。在应用光伏发电的过程中，若忽视了数量和规则，也极有可能对于配电网安全运行带来很多负面影响。我们能做的就是深入地分析这些或正面或负面的影响，并明确问题根源到底在哪里，从而最终达到保护配网安全的目的。

一、浅析光伏电源的结构以

（1）分布式光伏电池组件

顾名思义，光伏电池组件指的是由若干个光伏电池连接所构成的组件，由于单一光伏电池的能量供给相对较为有限，且受到技术因素限制导致光伏电池的容积相对较小，故通过串联、并联等方式构成光伏电池组件后则可以有效规避能源容积所造成的负面影响。

（2）逆变器

跟光伏电池组件不同，逆变器是满足人们日常生活用电需求的一大关键备案，它的主要功能就是把输入的直流电转化变成交流电之后再输出。

（3）控制器

控制器是可以控制光伏发电系统能够产生能量趋向的，而为合理地控制电池组充放电次数，电流依据并联光伏组件工作电流的选择。

（4）蓄电池组

光伏电池在光照下所产生的电能其实是可以储存起来的，而蓄电池就是这个用途。当下，因为相关技术并不成熟，金属氰化物镍电池还仅仅被用于一部分小型的离网光伏发电系统之中。

二、分布式发电的影响

（一）对配电网继电保护的影响

（1）对于三段式过流保护影响。从光伏发电的运行原理角度来看，由于电源故障所引发配电网故障时，会同步引发故障电流的出现，而故障电流则会导致继电保护器的正常判断。它所造成的影响跟它分布的容量、位置以及串联电抗值等因素有关。这些都会影响线路保护动作灵敏性，还很有可能会造成拒动或者是保护误动，还很可能造成邻近线路瞬时速断保护，从而失去选择性造成误动作。

（2）对于高压熔断器保护影响。光伏发电接入电网之后，电网的性质与格局发生了根本上变化，这样的变化使得熔断器保护不再能够满足故障后仅断开故障的支路，最终没办法满足其选择性。

（3）对于距离保护影响。方向性是距离保护的一大特点。而距离保护则是一部分重要线路所常用的保护。

（二）对配电网电能质量的影响

近年来，随着我国科技水平的不断进步和持续发展，我国对于光伏发电的技术认识不断提高，且随着实践应用时间的增加，我国的光伏发电技术逐渐成型，并可以直接应用于商业化发电。在技术进步的推动之下，我国逐步加强了对于光伏发电的扶持力度，鼓励其持续扩大规模和产量，这也导致光伏发电在配电网中的占比逐年上升。随着光伏发电的占比逐渐增加，光伏发电对配电网电能质量的影响研究就成为了必然的趋势。

（1）正面积极影响。从某种角度来看，光伏发电的广泛应用从根本上改变了电力能源供给结构，丰富了电力能源的供给体系。实践证明，当地方光伏发电的占比达到较高水平之后，可以实现区域范围内的电能供给平衡，不仅可以保证区域供电的充足性，且能够避免由于长距离输电所造成的电能损耗问题。此外，光伏发电的服务范围相对较为优先，这也意味着当配电网关联负载达到较高水平时，光伏电源的接入可以迅速为配电网提供功率支持，保证整个配电网的系统稳定性。

（2）负面消极影响。光伏电源接入配电网意味着配电网供电模式的改变。由于光伏发电自身具有波动性和随机性的特点，容易受到自身因素的影响和限制，故在实际供电过程中容易引发电压闪变与波动、电压越限以及谐波污染等诸多问题，甚至可能会给广大电力用户造成一定的经济损失。

对于高光伏渗透率配电网而言，其更容易受到自然因素的影响，一旦出现突发天气变化，则会造成电压骤降以及闪变等问题，严重时可能导致整个配电网络出现波动，甚至会造成供电的中断。此外，光伏发电自身具有波动性的特征，当光伏电网与配电网之间的负荷并不协调时，不仅会影响到电源的供给，同时也会增加电网的调压难度。尤其是在高光伏渗透率配电网当中，一旦调压不当，则可能会引起潮流逆流所导致的电压等问题出现。光伏电源的谐波污染也是不容忽视的一大问题，光伏电源的渗透率占比越高，则意味着谐波污染的影响力越大，甚至可能会造成谐波叠加、谐波谐振等诸多问题。

三、对配电网网络损耗影响

光伏发电并网之后势必会形成不同程度的配网损耗，具体的损耗程度则要取决于发电容量及并入的位置。它被接入配电网任意位置在一定程度上都会增加线路的损耗，并在越靠近线路末端的地方，其所造成的损耗就越大。需要注意的是，当光伏发电并网容量较大时，可能会引发向配电网倒送功率的现象出现，进而导致损耗大幅度增加。

四、解决措施分析

（一）优化接入系统

通过对我国光伏发电领域的研究发现，目前应用于商业发电的光伏发电接入形成多达13种。考虑到光伏发电行业的未来发展需求及走势，后续应当进一步对接入方案进行优化，同时构建方案模型库，以满足不同规格发电的接入需求。此外，需要进一步提高方案模型库的动态配置能力，要能够对光伏发电接入电网的全面因素进行综合分析，从而满足不同的需求。且整个模型库需要保持良好的运行状态，要具有定制化特征，并便于维护。

此外，还可以依照模糊匹配技术以及接入方案数据库去开发接入系统。并且，通过设置特定的边界条件，也可开发出具备接入系统方案的自动优选功能模块计算机辅助设计的系统，最终实现接入设计的方案自动形成。这些将大大缩减分布式光伏接入系统的设计周期，并且加快分布式光伏并网的有效开展。

（二）模糊匹配以及自动优选策略

随着光伏发电在我国的发展速度不断加快，其渗透率呈现出逐年增长的发展趋势，大量的分布式光伏并网对于配电网的电能质量、自愈系统、电压波动、继电保护以及馈线自动化等等方面都会产生不同程度上的影响。

（1）针对于接入方案各项指标，并综合考虑出分布式光伏用户以及电网公司在于接入方案建设、检修以及运行等经济方面，引入效益加权均衡法等方法，从而选择出综合效益最大的接入方案为推荐方案，最终实现综合最佳方案自动选择。

（2）基于分布式光伏全参数量化基础，将配网拓扑、接入容量以及接入电压等级等参数对于分布光伏接入的方案影响实施排序升级。接着对于各类参数实施相似度远离模糊匹配，从而构建出模糊函数，并提出切实有效的阈值和规则，最终实现接入方案最优匹配。这样能够为多约束条件、多参数条件下的设计方案的自动优选提供一个稳固基础。

（三）完善技术标准及规范和革新设备

考虑到光伏发电的特殊性，后续应当加强对发电技术参数、控制特性等内容进行深入研究，并对于其并网的无功配置、规模、电能质量以及接入电压的等级等等做出一定的设计要求。其次，需要进一步迎合光伏并网的发展趋势，对现有的配电网调压系统进行技术优化，以满足并网所造成的电压波动调整需求，从根本上保证整个配电网络的安全性。

（四）配电网基础改造

为满足光伏并网的基本需求，需要进一步对配电网进行基础改造，改造时应当依据盈余发电比值大小而决定。

（1）当值小于0，这说明整个光伏发电完全自发自用。在这种情况下，逆向潮流情况根本不会出现。

（2）当值大于0小于1，分布式光伏发电功率分时段则会出现类似系统返送情况，但是在这种情况下，出现逆向潮流则并不会大于它的最大负荷。

（3）当值的大于1小于2，则说明光伏发电的整体功率相对不够稳定，即具有明显的时间特征，会在特定时间段大量发电，故这种情况下所出现的逆向潮流绝对值大于正向潮流的绝对值。这些对于已建造完成的配电网来说，若是单辐射供电模式，就通常会发生例如网络阻塞等问题，那么改造就是必须进行的。若是双辐射供电模式，则只需要局部改造就可以了。

（4）当值大于2，则说明光伏发电的功率已经超过了配电网设计的标准负荷功率，对于已经在建设中的配电网来说，网络阻塞情况则会非常严重，那么就需要大规模实施改造，不断扩宽配电网的标准负荷功率范围，以保证配电网的正常运作。

五、结束语

综合来看，分布式光伏发电正式并入电网，在很大程度上有利于可再生能源的扩大运用，对我国安全经济的运行等方面都有着积极意义，理应被大力推广并使用。与此同时，对于配电网的电能质量、继电保护以及网络损耗等几个方面也带来了不容忽视的一些影响。因此，在发展光伏发电的过程中，需要充分考虑光伏发电的并网问题，本文简要分析并阐述了上述问题，最后提出了几个解决措施以供参考，希望能对工程实践做出微薄贡献。